单缸直喷柴油机燃烧LPG的改装设计及燃烧过程研究

针对中国单缸柴油机使用广泛和国家对内河江湖等水质污染治理要求，以ZS1100直喷柴油机为基础，通过优选燃料供给系统的LPG与空气混合器参数，燃烧系统设计参数和点火系统点火能量、点火提前角优化控制等技术措施，在不改变原柴油机螺旋进气道等零部件结构的情况下，开发了1100单缸LPG发动机。性能试验和燃烧过程分析表明：单缸LPG发动机综合性能优良，可代替单缸柴油机作为湖泊旅游船机、内河与湖泊作业、运输船舶的配套动力，可减少柴油机在使用维修保养过程中燃油滴漏对水质的污染，且发动机噪声降低、黑烟排放减少，改善了人们     

柴油机燃用棉籽油时性能的研究

本文研究了直喷式柴油机燃用棉籽油时的性能。通过燃油加温对喷雾特性、燃烧特性、和工作特性的影响及燃油加温前后EMA循环试验所得到的喷嘴积炭状况对比,表明了燃油加温的措施促进燃油雾化,改善燃烧,减轻不完全燃烧倾向,提高热效率,减轻喷嘴积炭,从而能提高发动机的耐久性。本文还分析了加温的机理,并揭示了积炭形成的机理。 文中考察了供油提前角、喷油压力及燃油温度对发动机性能的影响,并用二次正交回归设计的方法建立了热效率与它们之间的数学模型,用优化的方法得到了柴油机燃用50/50混合油时的最佳调整,试验结果说明:用回收发动机余热加温燃油来改善发动机耐久性的措施是可行的。     

射流控制压缩着火发动机不同负荷下燃烧及排放特性

针对柴油预混合气着火相位难以直接控制的问题,提出射流控制压缩着火(jet controlled compression ignition,JCCI)方式。将一台单缸农用柴油机改造为JCCI发动机:压缩比降至12,增加一个带液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)供给通道和火花塞的点火室,并进行了JCCI发动机全负荷特性试验研究。试验结果表明:采用射流控制压缩着火方式可以有效控制发动机的燃烧相位和排放。在平均有效压力低于0.44 MPa的工况范围,NOx排放比原机降低较多,燃烧始点相位CA10与滞燃期几乎不随负荷增加而改变;在平均有效压力高于0.44直至0.54 MPa负荷范围内,燃烧始点相位迅速前移,滞燃期迅速减小,柴油提前自燃,射流对着火相位控制作用减弱,NOx排放迅速增加并超过原机;在全负荷范围,烟度始终维持在低水平,HC和CO排放较高。该研究可为柴油预混合燃烧着火相位控制提供参考。     

基于OPTIMUS的柴油机配气正时及喷油提前角的优化

柴油机的配气正时与喷油提前角对其性能影响很大,最佳的匹配参数能够形成缸内良好的空燃比及较佳的燃烧效率,从而获得较高的动力性及较低的燃油消耗率。为得到不同工况下配气正时与喷油提前角的最佳组合,该文将增压直喷柴油机工作过程的SIMULINK仿真模型导入OPTIMUS多学科优化平台;以进气迟后角和排气提前角以及喷油提前角为优化设计变量,以柴油机的经济性和动力性为设计目标进行优化计算。额定工况下该发动机的优化结果是:进气迟后角为42°CA,排气提前角为60°CA,喷油提前角为16°CA。仿真和试验结果表明:模型设计合理准确,优化后柴油机动力性和经济性均有所改善,该研究可为柴油机的改进和优化提供参考。     

重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放特性

为研究重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放规律及影响因素,提供碳氢排放基础数据,提出控制稀燃天然气发动机碳氢排放的方法,该文利用对比试验的方法对进气总管单点混合增压中冷重型车用稀燃天然气发动机的燃烧特性及外特性、负荷特性碳氢排放进行了研究。试验结果表明:发动机在节气门全开的外特性工况运行时,随发动机转速从1000增加到2000r/min,以曲轴转角计算的速燃期从28°增加到41°;转速保持在2000r/min时,负荷从0到100%,速燃期从52°缩短到41°。外特性的甲烷性碳氢(CH4)排放比例较高,占总碳氢(totalhydrocarbon,THC)排放的95%以上;推迟点火提前角碳氢排放降低,外特性运行时点火提前角推迟6°,在转速1400～2000r/min范围内,THC排放降低了10.1%～15.4%,CH4排放降低了10.9%～16.5%。从空载到75%负荷率范围内,点火提前角推迟6°后,THC排放在不同负荷点降低的平均幅度为24%左右,CH4降低的平均幅度为33.1%左右。在转速1000～2000r/min范围内,随着发动机负荷的提高碳氢排放量增多。标定转速随负荷的增加CH4排放占THC排放的比例升高。该研究为增压中冷单点喷射车用稀燃天然气发动机的碳氢排放控制提供了理论依据。     

点燃式发动机燃烧稳定性的非线性动力学分析

为了揭示点燃式发动机燃用汽油、液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)和压缩天然气(compressed natural gas,CNG)时,循环变动的动力学本质。采用非线性动力学的方法,围绕燃烧过程的稳定性开展了研究。分析了最大爆发压力的循环变动系数,对缸内压力的时间序列进行了3维相空间的重构,采用庞加莱截面法简化了重构的相空间轨迹,分析了平均有效压力(indicated mean effective pressure,IMEP)的循环变动规律,围绕返回映射开展了研究。结果表明,缸内压力的相空间轨迹具有一定的混沌特性,燃烧初始阶段结构相对紧密;燃用汽油时,轨迹分布密集,燃用LPG和CNG时,轨迹逐渐发散,燃烧稳定性下降;庞加莱映射降低了相空间结构的复杂性,LPG和CNG燃烧时散点发散,燃烧参数随机性增强;汽油燃烧时,平均指示压力的循环变动较小,LPG和CNG燃烧时,循环变动逐渐增大,燃烧随机性增强。发动机燃烧过程具有混沌特性,燃用LPG和CNG时稳定性下降。通过论文的研究揭示了点燃式发动机燃烧过程循环变动的产生原因,为改善发动机的燃烧稳定性提供了理论依据。     

柴油机燃用乳化油燃烧特性分析

在进行内燃机台架性能试验时，应用ＡＶＬ６５７多通道发动机分析仪，同步测量柴油机的示功图和高压油管压力的变化，并通过示功图的分析和放热率的计算，对柴油机燃用乳化油和纯柴油时的燃烧特性进行定量的对比和分析，进一步探索柴油机燃用乳化油时的燃烧特点和调整方向     

单缸柴油机一体式净化消声器设计与性能试验

为了通过机外净化的方式降低柴油机排放,基于单缸柴油机的工作特点,融合一体式净化消声器的设计要求,研制了一种单缸柴油机用一体式净化消声器。通过数值模拟与试验相结合的方法,对设计的一体式净化消声器的催化性能、声学性能、空气动力性能以及结构性能展开研究,提高催化器转化效率和使用寿命,同时满足消声作用。整机性能试验表明:安装优化后的一体式净化消声器,整机噪声略小于原机消声器,整机八工况排放CO、HC、PM分别为0.94、0.46、0.40 g/k W·h,相比于仅采用机内净化的样机分别降低了85.4%,70.5%,28.6%,劣化试验后柴油机排放满足非道路柴油机国Ⅲ要求;一体式净化消声器采用优化结构,与原结构相比,由于排气气流均匀流经催化器,CO、HC和PM的转化效率分别提高了21.0%、25.8%和7.0%。该研究可为单缸柴油机的机外净化研究提供参考。     

基于压力升高率的氢燃料发动机异常燃烧分析与控制

为了消除氢燃料发动机的异常燃烧,并且为解决异常燃烧与提高氢发动机功率的矛盾提供参考,本文阐述了氢燃料发动机异常燃烧的发生机理。分析了氢发动机压力升高率与早燃的关系,研究了早燃的诊断方法,试验指出：运用小波分析方法可以诊断氢发动机在不同压力升高率下发生早燃的时间和严重程度。通过试验得出了影响氢发动机压力升高率的最主要运转因素是点火提前角和过量空气系数。在进一步分析这2个运转参数与压力升高率之间关系的基础上,得出了氢发动机关于压力升高率的控制规律。为消除氢发动机异常燃烧提供了一种定量的控制方法。     

小型通用汽油机排放的研究

以168F汽油机为样机,通过改变点火提前角和混合气浓度供给实测了样机的功率、油耗和排放数值。通过发动机示功图采集和放热规律计算,研究了点火提前角和混合气浓度对样机工作过程的影响,探讨了与样机匹配的点火提前角和混合气浓度的最佳值。通过上述试验研究和理论分析,在不使用尾气催化转化器的情况下,使得样机达到EPA第二阶段排放限值,并且具有达到EPA第三阶段排放限值的潜力。     

小型二冲程汽油机排气系统气体流动的数值模拟

针对１５Ａ型二冲程汽油机排气系统的流动过程进行了模拟计算,对计算中某些边界条件的计算方法进行了探讨。计算结果与实测排气压力波基本吻合。表明该计算方法和微机计算程序,可用于指导小型二冲程汽油机排气系统设计,改善发动机的性能。该程序还可用于分析发动机的结构参数和运转参数对排气压力波的影响,以预测发动机的性能。     

通用小型汽油机油气混合两相流动分析与低排放研究

为降低通用小型汽油机尾气排放,满足美国EPA法规限值,研发低排放通用小型汽油机产品,该文以168F汽油机为例应用Fluent工程软件建立了汽油机进气系统油气混合的两相流动模型,模拟计算化油器结构参数变化对汽油机不同工况油气混合浓度的变化规律,依据欧美现行排放法规的试验方法,分析通用小型汽油机排放生成机理,得出了低排放汽油机油气混合浓度的变化特性,即随着汽油机负荷的减少,混合气浓度值需逐渐变稀,据此计算得出化油器参数匹配方案。用168F汽油机对优化的化油器匹配方案进行了试验,NOX的排放较原机下降了35.4%;HC的排放下降了20.3%,样机的排放达到了美国2012年计划执行的排放限值。     

多段燃油喷射对碳酸二甲酯-柴油混合燃料燃烧过程的影响

柴油机多段燃油喷射可用来优化缸内燃烧以实现排放净化的目标。该文采用两段预喷和一段主喷组合的多段燃油喷射进行混合燃料D10(90%柴油+10%碳酸二甲酯)燃烧过程的研究。通过预喷相位可调但3段喷油之间相位间隔恒定、主喷持续时间可调但第1、2段预喷持续时间固定的喷油策略,实现在目标工况下精确的放热中心COHR(center of heat release)。当调整多段燃油喷射策略实现目标COHR以等步长推移时,柴油机的燃烧过程呈现如下特点:各工况的着火时刻均处于第2段预喷和主喷之间;从喷油时刻至着火时刻所经历的曲轴转角越来越小;着火时刻至放热中心所占用的曲轴转角则越来越大;缸内燃烧压力峰值出现位置与放热中心位置较为接近,相对缸内峰值压力出现位置,COHR不断后移且相距更远。与柴油相比,D10的滞燃期更长,其最大压升率也更高。由于易汽化的碳酸二甲酯促进了燃料混合及后续燃烧,从着火时刻到10%放热率及90%放热率对应时刻所占用曲轴转角均变小,说明碳酸二甲酯的加入有助燃烧的迅速进行。基于COHR为表征的燃烧特性分析,为碳酸二甲酯/柴油混合燃料的应用、多段燃油喷射调控燃烧过程及排放控制理论提供指导。     

190型热裂解生物质气发动机性能研究

为了解不同运行参数和不同材料的热裂解生物质气对发动机功率和有害排放物的影响,该文利用热裂解低热值生物质气作为大缸径非增压火花点火发动机的燃料,研究了生物质气发动机的动力性、经济性和排放性。试验数据表明:发动机全工况范围内稳定运行;发动机的燃烧速度较慢,点火提前角为BTDC32℃A时发动机燃烧效果最好;发动机的排放性较好,NO排放随负荷的增大而升高,HC和CO排放随负荷的增大而降低,随裂解气热值的增加NO排放升高。因此,低热值热裂解生物质气作为大缸径发动机的燃料可以实现发动机的稳定运行,并具有较好的经济性和排放性。     

电控低压喷射小型汽油机燃烧与排放特性分析

以168F汽油机为样机,采用自主开发的通用小型汽油机低压电控燃油喷射系统,按照美国EPA排放试验循环工况,对35 kPa、70 kPa和0.3 MPa喷射压力下发动机燃烧特性与排放特性进行试验研究。得出小型汽油机采用不同喷射压力喷油,可通过喷油脉宽控制使各工况点过量空气系数无明显差异,能实现以低排放为目标开环控制的电控低压喷射并能优化汽油机的综合性能。降低喷射压力,发动机标定工况缸内最大爆发压力略有降低,最大爆发压力对应曲轴转角推迟。随着喷射压力降低,燃烧持续期略有增加,缸内最高燃烧温度下降,CO排放值几乎保持不变,HC排放值呈上升趋势,NOX排放值则呈下降趋势,有效燃油消耗率略有增加。用喷油压力分别为35 kPa、70 kPa和0.3 MPa喷油,CO比排放分别为259.9、258.5和258.3 g/(kW·h);HC+NOX比排放分别为7.41、7.35和6.99 g/(kW·h)。相对于使用化油器供油的原机而言,电控样机整机动力性不变,排放和经济性能明显提高。采用35kPa 的低压电控喷射系统小型汽油机能满足美国 EPAⅢ排放法规限值要求,起动性能、运转稳定性明显改善,能降低整机电控系统的成本,可推动整个通用小型汽油机行业电控化发展。     

磁电机点火装置性能智能测试方法研究

介绍了磁电机和点火装置在运行速度范围内多参数的全自动测试方法。在硬件上以单片机为核心,采用变频器调速、光电编码器测速并作为角度基准,与采集到的点火脉冲信号进行比较。文中介绍了测试算法,着重介绍了转速控制、顺序控制的实现方法和点火信号测试软件抗干扰算法。采用该方法,完成一次完整测试的时间为１２７ｓ,点火次数的测量误差为零,在光电编码器的分辩率为３６０ｐｐｒ时,点火提前角误差＜±１°